KR102441788B1

KR102441788B1 - 강의 제조 방법

Info

Publication number: KR102441788B1
Application number: KR1020207026029A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 오카야마
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2022-09-08
Also published as: TWI699436B; JP6806288B2; TW202000926A; CN111819296A; WO2020004501A1; JPWO2020004501A1; KR20200118191A

Abstract

용강을 용강로로부터 출강하여 레이들에 수강하는 공정과, 상기 레이들에 수강한 상기 용강을 상기 레이들로부터 배출하여 주조하는 공정을 포함하고, 상기 용강로로부터 출강된 상기 용강을 상기 레이들에 수강할 때, 하기 (1)식에 의해 산출되는 슬래그 두께 T가 0.02m 이상을 충족시키는 양 W가 산화물로 이루어지는 부원료를, 상기 용강의 수강 개시 전에 상기 레이들 내의 저부에 넣어 두거나 또는 수강 개시와 함께 상기 레이들 내에 투입하고, 상기 용강로로부터 출강된 상기 용강을 상기 레이들에 수강한다. 상기 부원료의 조성이, CaO/Al₂O₃: 0.8 내지 4.0, 5％≤SiO₂≤10％, MgO≤10％를 충족시키고 있으면 바람직하다.
T=(W/ρ)/((π·D²)/4) (1)
단, D: 레이들 직경(m), ρ: 용융 산화물 밀도(=3000㎏/㎥), W: 부원료의 양(㎏).

Description

강의 제조 방법

본 개시는, 강의 제조 방법에 관한 것이다.

강재에 요구되는 재료 특성이 고도화되고 있어, 강재의 인성을 비롯한 특성값의 향상이 요구되고 있다. 특히, 가스 성분인 질소가 강재에 포함되면, 일반적으로는 인성 저하가 발생한다. 이 때문에, 강재 중의 질소를 무해화하기 위해서, Ti, Nb, V, Zr, Al과 같은 질화물 형성 원소를 첨가함으로써 무해화가 도모되고 있지만, 강재에 합금을 첨가하면 합금 비용이 증가하는 것에 더하여, 재료 강도와 같은 다른 특성에도 영향을 미친다. 이 때문에, 제조 단계에서 가능한 한 저질소화하는 것이 바람직하다.

용광로-전로법으로 강을 제조하는 경우, 용광로에서 용제된, 탄소를 4 내지 5％(본 명세서 중에서는 특별히 설명이 없는 한, 원소 또는 화합물의 양을 나타내는 「％」 및 「ppm」은 모두 질량비를 의미함)의 용선을 전로에 장입하고, 전로 내에서 탈탄한다. 그 때, 전로 내에서는 상취 랜스로부터 용강에 대량의 산소가 분사되고, 전로 내는 탈탄 반응으로 발생한 CO 가스로 채워져서, 분위기 중의 질소 분압이 저하됨과 함께 상취 가스 제트로 용강이 심하게 교반되기 때문에, 탈질 반응이 진행된다. 전로 내에서는 저취에 의해 용강이 강 교반되는 경우도 있으며, 전로 취련 종료 시의 용강 중 질소 농도는 10ppm 정도까지 저하된다. 그러나, 다음 공정으로 용강을 반송하기 위해서, 용강은 전로로부터 레이들로 출강(出鋼)되지만, 출강 시에 출강류가 대기를 혼입시킴으로써, 용강 중의 질소 농도가 상승해버린다.

다음 공정으로서, 진공 탈가스 장치를 사용하여 용강을 감압 처리하는 경우, 감압 처리 중에 용강중 질소 농도가 저하되지만, 용강 중 질소 농도의 저하 속도는 느린 데다가, 고속 처리가 요구되는 상황에서는 감압 처리에 의존할 수는 없어, 진공 탈가스 장치만을 사용하여 저질소 강을 경제적, 안정적으로 제조하는 데에는 이르지 못한다.

이 때문에, 저질소 강을 경제적, 안정적으로 제조하기 위해서는, 전로에서 10ppm 정도까지 질소 농도를 저감시킨 용강을, 흡질시키지 않고 레이들에 출강하고, 진공 탈가스 장치에서는 흡질을 억제한 상태를 유지하여, 다음 공정인 연속 주조로 넘어가는 것이 이상적이다.

저질소 강을 제조하는 관점에서, 이하에 나타내는 바와 같이, 출강 시의 흡질을 억제하는 방법이 제안되어 있다. 출강 시의 용강의 흡질을 억제하는 데는, (1) 흡질이 발생하고 있는 부분을 대기로부터 차단한다, (2) 대기 중의 질소 분압을 내린다, (3) 흡질 반응을 늦춘다, (4) 반응 계면적을 저감시킨다고 하는 방법을 생각할 수 있다.

이들 가운데, (1) 및 (2)는 출강 시에 비질소 가스를 출강류 혹은 레이들 내에 도입하는 기술이며, 하기 특허문헌 1 내지 3에서 제안되어 있다.

특허문헌 1에서는, 탈질된 저질소 용강을 불활성 가스로 시일하면서 출강하는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 2에서는, 덮개를 갖는 수강(受鋼)용 레이들 내에 있어서, 산소 부화 공기에 의해 연료를 연소시켜 수강 레이들을 예열하고, 또한 연소 배기 가스로 치환함으로써 수강용 레이들 내의 분위기 중의 질소를 저하시킨 후에, 전로 출강 시에 수강용 레이들의 덮개에 마련된 용강류를 둘러싸는 원환형으로 배치된 노즐로부터 아르곤 가스를 용강류로 분사하는 것을 특징으로 하는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 3에서는, 탄산칼슘을 넣은 레이들 내에 용강을 출강하고, 출강 시 및 출강 중의 레이들 내의 분위기를 CO₂ 가스 분위기로 하여, 용강이 공기와 접촉하는 것을 억제하는 방법이 개시되어 있다.

또한, (3)은 특허문헌 4에도 기재되어 있는 바와 같이 출강 시에 미탈산 혹은 반탈산 상태로 하여 출강하는 방법이며, 대부분의 선행 기술 문헌에서 볼 수 있는 일반적인 방법이다.

전로로부터 레이들로의 출강 시에 있어서, 용강으로의 흡질이 발생하고 있는 장소는, 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 용강이 전로로부터 레이들 내로 출강될 때 발생하는 용소부라고 생각된다. 그러나, (4) 반응 계면적을 저감시키는 방법, 그것도 용소부에 있어서의 반응 계면적 저감에 착안한 발명에 관해서는, 특허문헌 5를 제외하고는 눈에 띄지 않는다. 특허문헌 5에서는, 출강류를, 경사시킨 레이들의 벽을 따르게 하여 레이들에 수강함과 함께, 전로 등의 제강로의 출강구에 불활성 가스를 공급하여 출강류에 불활성 가스를 혼입시키는 기술이 제안되어 있다.

일본 특허 공개 소60-26611호 공보 일본 특허 공개 평2-285020호 공보 일본 특허 공개 제2003-293022호 공보 일본 특허 공개 소59-190314호 공보 일본 특허 공개 소61-166911호 공보

쵸 다카오 등 지음 「전로 출강 시의 용강의 산소 및 질소 흡수의 추산」, 철과 강, 69(1983), p. 767-774 오카야마 아츠시 등 지음 「주입류의 가스 흡수 거동에 관한 물 모델 실험」, 철과 강, 102(2016), p. 607-613

특허문헌 5에 개시되어 있는 기술은, 출강류의 용소 자체의 사이즈를 저감시키는 방법이다. 용소의 사이즈를 작게 하면 흡질이 발생하는 반응 계면적도 저감되기 때문에, 흡질 억제 효과가 얻어지지만, 출강류를 레이들의 벽을 따르게 하는 것은 내화물의 용손 리스크 등이 크다. 이 때문에, 용소가 생성되었다고 해도, 그 용소 내에서 흡질이 발생하는 계면적을 저감시키는 것이 가능한, 상이한 절개구의 기술이 필요하다.

본 개시는, 용강을 레이들에 출강할 때 출강류에 의해 형성되는 용소부에서의 흡질을 효과적으로 억제할 수 있는, 강의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 개시의 요지로 하는 부분은 이하와 같다.

<1> 용강로로부터 출강된 용강을 레이들에 수강하는 공정과,

상기 레이들에 수강된 상기 용강을 상기 레이들로부터 배출하여 주조하는 공정을 포함하고,

상기 용강로로부터 출강된 상기 용강을 상기 레이들에 수강할 때, 하기 (1)식에 의해 산출되는 슬래그 두께 T가 0.02m 이상을 충족시키는 양 W의 산화물로 이루어지는 부원료를, 상기 용강의 수강 개시 전에 상기 레이들 내의 저부에 넣어 두거나 또는 수강 개시와 함께 상기 레이들 내에 투입하고, 상기 용강로로부터 출강된 상기 용강을 상기 레이들에 수강하는, 강의 제조 방법.

T= (W/ρ)/((π·D²)/4) (1)

T: 슬래그 두께(m)

D: 레이들 직경(m)

ρ: 용융 산화물 밀도(=3000㎏/㎥)

W: 부원료의 양(㎏)

<2> 상기 부원료의 조성이,

CaO/Al₂O₃: 0.8 내지 4.0 (2)

5％≤SiO₂≤10％ (3)

MgO≤10％ (4)

CaO+Al₂O₃+SiO₂+MgO≥90％ (5)

를 충족시키고 있는, 상기 <1>에 기재된 강의 제조 방법.

단, (2) 내지 (5)식 중의 분자 기호는 당해 분자의 함유량(질량％)을 의미한다.

<3> 상기 부원료의 양 W가, 상기 (1)식에 의해 산출되는 상기 슬래그 두께 T가 0.1m 이하를 충족시키는 양인, 상기 <1> 또는 <2>에 기재된 강의 제조 방법.

<4> 상기 용강의 수강 개시 전에, 상기 양 W의 상기 부원료를 상기 레이들 내의 저부에 넣어 두는, 상기 <1> 내지 <3> 중 어느 하나에 기재된 강의 제조 방법.

<5> 상기 레이들 내에 넣어 둔 상기 부원료를 예열하고, 상기 부원료의 온도가 800℃ 이상의 상태에서 상기 용강을 상기 레이들에 수강하는, 상기 <4>에 기재된 강의 제조 방법.

본 개시에 의하면, 용강을 레이들에 출강할 때 출강류에 의해 형성되는 용소부에서의 흡질을 효과적으로 억제할 수 있는 강의 제조 방법이 제공된다.

도 1은 레이들 내의 슬래그 두께와 흡질량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 출강 직전의 합성 플럭스 온도와 흡질량의 관계를 나타내는 도면이다.

본 개시에 있어서 사용하는 용어의 의미 내용에 대하여 설명한다.

용강로(제강로)는, 전로, AOD(Argon Oxygen Decarburization)로, 전기로와 같은, 용강을 용제하기 위한 보유 지지 용기를 가리킨다.

출강이란, 제강로에 보유 지지된 용융 금속(용강)을 제강로로부터 레이들과 같은 반송용 용기로 옮겨 담는 조작을 가리킨다. 또한, 수강이란, 용강로로부터 나온 용강을 레이들이 받아내는 것을 의미하고, 출강과 수강은 동일한 타이밍에 행해지게 된다.

부원료란, 용강을 정련하는 데 필요한 철분 이외의 첨가물을 가리킨다. 본 개시에서는, 산화물로 이루어지는 부원료를 대상으로 하고, 철 이외의 성분이 포함되는 산화물로 이루어지는 것을 부원료로 한다. 구체적으로는, 생석회, 규사, 칼슘 알루미네이트계 조재제, 알루미나 벽돌 칩, 소성 돌로마이트 등을 사용할 수 있다.

레이들 직경 D는, 레이들의 내경을 의미한다. 통상, 레이들 내는 저부와 상부(개구부)의 내경이 동일한 제작으로 되어 있지만, 저부와 상부의 내경이 다른 경우에는, 레이들 저부와 상부에서의 각 직경(내경)의 평균값으로 한다. 또한, 레이들의 높이 방향에 수직인 레이들 내부의 단면이 타원형인 경우에는, 장경과 단경의 평균값을 레이들 직경 D라 한다.

본 발명자는, 상기 본 개시의 과제를 해결하기 위해서, 용존 산소 농도계와 물 모형 장치를 사용한 가스 흡수 실험을 행하고, 용소부에서의 기포 혼입 거동과 가스 흡수 거동을 상세히 조사하였다. 수중에는 통상 8ppm 정도의 산소가 용존하고 있어, 용존 산소 농도계를 사용하여 측정할 수 있다. 전로로부터 레이들로의 출강을 모의하는 물 모형 장치를 준비한다. 전로 내의 용강을 모방한 물에 대해서는, 사전에 Ar을 불어 넣음으로써, 용존 산소량을 0.8ppm까지 저하시켰다. 물 모형 장치의 전로 내와 레이들 내의 용존 산소량을 연속적으로 측정한다(비특허문헌 2 참조). 물 모형 실험에 있어서의 분위기로부터 물로의 산소 흡수 경향으로부터, 실제의 용강 용제에 있어서의 분위기로부터 용강으로의 질소 흡수 경향이 모의할 수 있는 것이라고 추인된다. 즉, 물 모형 실험에서 레이들 내의 물속의 용존 산소량이 증대되는 조건에 대해서는, 출강 시에 분위기 중의 산소를 많이 흡수하였음을 나타내고 있으며, 실제의 전로로부터의 출강 시에 있어서 동일 조건이면, 용강 중에 질소를 흡수하기 쉽다고 추정할 수 있다.

물 모형 실험에 있어서는, 레이들의 수면에 아무것도 띄우지 않을 경우와, 수면 위에 오일을 띄울 경우의 대비 시험을 행하였다. 그 결과, 수면 위에 오일을 띄운 상태에서 주입류를 형성한 경우, 용소에서는 공기와 함께 오일이 혼입되어, 추가로 혼입된 오일은 기포와 접촉하면, 기포 표면에 머물러, 그대로 부상한다는 사실을 지견하였다. 이때의 가스 흡수 거동을 조사한 결과, 레이들의 수면에 아무것도 띄우지 않은 경우에는 레이들 중의 물의 용존 산소량이 증대된 데 비하여, 수면 위에 오일을 띄운 경우에 대해서는, 레이들 중의 물의 용존 산소량 증대가 억제된다는 사실을 알 수 있었다. 이 실험 결과로부터는, 오일을 띄운 상태에서는 용소를 형성하는 기포의 표면 일부를 오일이 덮음으로써 혼입된 공기와의 반응 계면적이 저감하여, 주입 중의 가스 흡수량이 억제된다고 생각된다.

이 지견을 바탕으로 하면, 출강 시에 레이들의 용강 표면에 유동성이 좋은 피막을 형성해 둠으로써, 용소부에 있어서의 용강에 대한 질소 흡수를 방지할 수 있음이 예측된다. 그리고, 슬래그화성이 좋아지도록 배합한 부원료를 레이들에 넣어 둔 상태에서 용강을 레이들에 출강하거나, 혹은 용강을 레이들에 출강함과 함께 부원료를 레이들에 투입함으로써, 출강 직후의 고온의 용강에서 부원료를 용융시킬 수 있다. 이 때문에, 출강 직후부터 탕면 위에는 용융 산화물로 덮여 있는 상태를 형성할 수 있고, 그 상태에서 출강이 진행되면, 용소부에 용융 산화물이 혼입되는 상황을 의도적으로 만들어내어, 흡질을 억제할 수 있다. 또한, 이때 용소부에 혼입되는 물(부원료)은 용융 상태인 것이 바람직하지만, 고상이 잔존되어 있었다고 해도, 기액 계면의 일부를 덮는 것에는 변함이 없기 때문에, 흡질 억제 효과를 기대할 수 있다.

본 개시는, 상기한 착상을 기초로, 용강 실험에 의해 그 효과를 확인함으로써 검토된 것이며, 본 발명자는, 또한, 출강 전 또는 출강 시에 레이들 내에 넣어 두거나 또는 투입하는 부원료의 조성, 양, 온도와 같은 바람직한 조건을 알아냄으로써 본 개시에 따른 강의 제조 방법을 완성시켰다.

즉, 본 개시에 따른 강의 제조 방법은,

용강로로부터 출강된 용강을 레이들에 수강하는 공정과,

상기 레이들에 수강한 상기 용강을 상기 레이들로부터 배출하여 주조하는 공정을 포함하고,

상기 용강로로부터 출강된 상기 용강을 상기 레이들에 수강할 때, 하기 (1)식에 의해 산출되는 슬래그 두께 T가 0.02m 이상을 충족시키는 양 W의 산화물로 이루어지는 부원료를, 상기 용강의 수강 개시 전에 상기 레이들 내의 저부에 넣어 두거나 또는 수강 개시와 함께 상기 레이들 내에 투입하고, 상기 용강로로부터 출강된 상기 용강을 상기 레이들에 수강하는, 강의 제조 방법이다.

T=(W/ρ)/((π·D²)/4) (1)

T: 슬래그 두께(m)

D: 레이들 직경(m)

ρ: 용융 산화물 밀도(=3000㎏/㎥)

W: 부원료의 양(㎏)

종래부터 출강 시에 부원료를 첨가하는 방법은 수많이 제안되어 왔다. 그러나, 그 대부분은 흡질 억제가 아니라, 슬래그 중의 저급 산화물의 개질을 목표로 한 것이며, 첨가하는 부원료는 생석회가 많은 것에 더해서, 첨가 시기는 출강 중 혹은 출강이 완료된 후일 경우가 많았다. 본 개시의 방법에 의하면, 출강 후의 슬래그 조성은 종래 방법과 동등하게 되지만, 출강 초기의 흡질을 효과적으로 억제하기 위해서 부원료를 첨가하는 시기가 종래보다도 빠르게, 출강 전에 일정량 이상의 부원료를 레이들 내에 넣어 두거나, 출강과 함께 레이들 내에 투입하고, 출강을 개시 직후에 일정량 이상의 부원료를 용융시키고 있는 것이, 종래 방법과는 크게 다른 점이다.

부원료를 넣어 둔 흡질 억제 효과를 확인하기 위해서, 2ton 규모의 용강 실험을 행하고, 그 거동을 검토하였다. 유도로에서 용해한 저질소 탈산 용강 2ton을, 예열한 레이들에 약 50초로 출강하고, 출강 전후의 질소 농도를 조사하였다. 이때, 용강 성분, 온도와 같은 여러 조건은 동일하게 하고, 레이들 내에 성분 조정한 합성 플럭스(산화물)를 넣어 두고, 그 상태에서 출강하였다. 그 때, 레이들 내에 넣어 두는 합성 플럭스 조성, 플럭스양, 예열 온도와 같은 파라미터의 영향을 조사하였다. 이때, 출강 전후의 흡질량(이하, Δ[N])을 조사하고, 합성 플럭스를 넣어 두지 않는 조건(run1)에서의 Δ[N]보다도 4ppm 이상 개선한 경우, 흡질 억제 효과가 있다고 판단하였다. 이하, 합성 플럭스 중의 성분 함유량은 질량％를 의미한다. 시험 조건 및 시험 결과를 표 1에 나타낸다.

우선, 합성 플럭스를 넣어 두지 않는 조건에서의 Δ[N]은 26ppm이었다. 이 결과에 반하여, CaO=60％, Al₂O₃=30％, SiO₂=10％의 합성 플럭스(CaO/Al₂O₃=2.0) 50㎏(=베이스 조건)을 레이들 내에 넣어 둔 상태에서 용강을 출강한바, Δ[N]은 21ppm으로 되어, 명확한 흡질 억제 효과가 보였다. 출강 시의 용소 주위의 모습을 촬영하여 레이들 내의 상황을 조사한바, 레이들 내에 주입된 용강과 접촉함으로써 합성 플럭스가 용융하고, 용소 주변에 존재하고 있는 고상과 액상이 혼합된 슬래그가 용소에 혼입되는 모습을 확인할 수 있었다. 합성 플럭스의 넣어 두기 유무를 제외한 조건에 차이는 없다는 점에서, 흡질 억제 효과가 얻어진 요인은, 용소에 혼입된 슬래그가 기포 표면의 일부를 덮음으로써, 용강과 공기의 반응 계면적이 감소하였기 때문이라고 추정되었다.

한편, 합성 플럭스를 레이들 내의 저부로부터 조금 뜨게 한 벽면에 매달아, 출강 개시부터 15초 후에 용강면에 첨가되는 조건에서 출강한바, Δ[N]은 24ppm이며, 명확한 흡질 억제 효과는 보이지 않았다. 이 경우, 합성 플럭스는 출강 말기가 되어 용융되어 있는 것이 확인되었지만, 가장 흡질량이 많은 출강 전반부터 중반에 걸쳐서는 첨가된 합성 플럭스의 용융은 보이지 않고 있기 때문에, 용강과 공기의 반응 계면적 저감에는 이르지 않았다고 추정된다.

다음으로, 베이스 조건(플럭스 조성 일정, 예열 없음)에 대해서, 넣어 두는 합성 플럭스양을 변경하여 흡질 억제 효과를 조사하였다. 그 결과, 도 1에 도시한 바와 같이, 넣어 두는 합성 플럭스양 W와 레이들의 크기(레이들 직경 D)로부터 상기 (1)식에 의해 구해지는 레이들 내의 슬래그 두께 T가 0.02m 미만인 경우, 명확한 흡질 억제 효과는 보이지 않는 결과로 되었다. 한편, 슬래그 두께가 0.05m를 초과하면 흡질 억제 효과는 포화되는 결과로 되었다. 이러한 점에서, 용소에 혼입되는 액상 혹은 고상을 포함하는 액상이 일정량보다도 적을 경우, 충분히 용강과 공기의 반응 계면적을 덮을 수 없어, 흡질 억제 효과를 얻지 못한다고 추정되었다. 또한, 용소에 혼입되는 액상 혹은 고상을 포함하는 액상이 너무 많아도, 흡질 억제 효과는 포화되기 때문에, 레이들에 넣어 두는 합성 플럭스양 W의 바람직한 상한이 있다고 생각된다.

또한, 넣어두는 합성 플럭스양을 일정(50㎏)하게 하여, 표 1에 나타낸 조성으로 넣어 두는 합성 플럭스의 조성을 바꾸고, 예열 없는 조건에서의 흡질 억제 효과를 조사하였다. 그 결과, 합성 플럭스 조성이 CaO/Al₂O₃: 0.8 내지 4.0((2)식), 5％≤SiO₂≤10％((3)식), MgO≤10％((4)식)로 되는 조건에서, 안정된 흡질 억제 효과가 얻어지는 결과로 되었다. 안정된 흡질 억제 효과가 얻어졌을 때의 합성 플럭스 조성은, 용강 온도 근방에서의 액상의 비율이 높은 조건과 일치하고 있어, 액상의 비율이 높을수록, 용소 내에서의 기포 표면의 피복 효과가 크다고 생각된다.

또한, 베이스 조건에 대해서, 레이들 내에 넣어 둔 합성 플럭스를 버너로 예열하고, 출강 직전의 합성 플럭스 온도를 변경하여 흡질 억제 효과를 조사하였다. 또한, 합성 플럭스의 온도는, 레이들 내에 설치한 열전대에서 조사하였다. 그 결과, 도 2에 도시한 바와 같이, 합성 플럭스의 온도를 800℃ 이상으로 가열한 경우, 현저한 흡질 억제 효과가 얻어지는 결과가 되었다. 한편, 합성 플럭스의 예열 온도가 1150℃를 초과하면, 흡질 억제 효과는 포화되는 결과로 되었다. 예열함으로써, 플럭스가 용융될 때까지의 시간이 단축되어, 출강 개시 직후의 질소 흡수가 억제되었기 때문이라고 생각된다.

이하, 본 개시에 따른 강의 제조 방법의 실시 형태를 더욱 상세히 설명한다.

저질소 강을 제조하는 경우, 용광로 혹은 전기로로부터 반송된 탄소 농도가 높은 용선을 전로 등의 용강로에 장입하고, 산소 취련에 의해 강 중의 탄소를 CO 가스로 하여 제거한다. 그 때, 용강로에서는 C+O=CO 반응에 의해 노내의 질소 분압이 저하될뿐만 아니라, 저취 및 상취에 의한 교반 작용과도 더불어 강 중의 질소 농도는 10ppm 정도까지 저하된다. 탈탄 처리 후의 용강은 성분 조정이나 탈가스를 행하기 때문에, 용강로부터 레이들로 출강된다. 그 후, 성분이나 온도가 조정된 용강은 주조 프로세스에 제공되고, 주조된 후에는 가열, 압연, 열처리, 표면 처리와 같은 공정을 거쳐 제품으로서 출하된다.

통상, 레이들은 버너로 예열된 다음, 반송 대차에서 용강로의 바로 아래까지 반송되어, 용강을 수강한다. 통상, 생석회와 같은 부원료는 출강한 후의 용강에 첨가되는 경우가 많지만, 본 개시에 따른 강의 제조 방법을 적용할 때에는, 용강을 수강할 때까지 일정량 이상의 부원료를 레이들 내에 넣어 두거나, 용강을 수강함과 함께 일정량 이상의 부원료를 레이들 내에 투입할 필요가 있다. 바람직하게는, 레이들을 예열하기 전, 혹은 예열 중에 레이들 내에 부원료를 투입하는 것이 좋다.

부원료의 형태로서는, 예열 중 혹은 출강 시의 상승 기류에서 산일하지 않도록 입상인 것이 바람직하지만, 예열을 행할 때는 통상 레이들 상부를 덮개로 덮은 상태에서 예열을 행하기 때문에, 가루 상태의 부원료도 사용 가능하다. 바람직하게는 레이들이 용강로 바로 아래까지 반송된 시점에서, 늦어도 용강로로부터의 용강의 출강 개시(수강 개시)와 함께, 레이들 내에는, (1)식으로 나타내어진 슬래그 두께 T가 0.02m 이상(바람직하게는 0.1m 이하, 보다 바람직하게는 0.05m 이하)이 되도록 구한 양 W의 부원료가 투입될 것이 필요하다. 또한, 출강 개시 후에는 빠르게 용융시킬 것이 필요하다. 또한, 수강 개시와 함께 부원료를 레이들에 투입할 경우, 바람직하게는 용강로부터 레이들에 용강이 주입되기 시작하고 나서부터 10초 이내에, 보다 바람직하게는 5초 이내에, 더욱 바람직하게는 용강의 주입과 동시에 레이들 내로의 부원료의 투입을 개시한다. 또한, 수강 개시와 함께 부원료를 레이들에 투입하는 경우에는, 수강 개시 후, 바람직하게는 60초 이내에, 보다 바람직하게는 40초 이내에, 더욱 바람직하게는 20초 이내에, 슬래그 두께 T가 0.02m 이상으로 되는 양 W의 부원료의 투입을 완료한다.

또한, 부원료는, 수강 개시 전의 레이들 내의 부원료의 넣어 둠과 수강 개시와 함께 레이들 내로의 부원료의 투입을 조합해도 된다. 즉, 수강 개시 전에 양 W1의 부원료를 레이들 내에 넣어 두고, 또한 수강 개시와 함께 양 W2의 부원료를 레이들 내에 투입함으로써, 부원료의 합계량 (W1+W2)가, (1)식으로 나타내어진 슬래그 두께 T가 0.02m 이상을 충족시키도록 구한 양 W가 되도록 해도 된다.

또한, 수강 개시부터 수분 후, 탈산 등의 목적으로 Al 합금 등을 첨가하는 경우가 있지만, 이와 같은 목적, 타이밍에 첨가되는 성분은, (1)식으로 나타내어진 슬래그 두께 T가 0.02m 이상을 충족시키도록 구한 양 W의 부원료에 포함되지 않는다.

본 개시에 따른 강의 제조 방법에 의한 저질소화의 효과를 얻기 위해서는, 수강 중에는 용소부에 용융 슬래그가 존재하고 있을 것이 필요하다. 수강 중이란, 용강로부터 레이들로 용강이 주입되기 시작하고 나서부터, 적어도 1분 후부터 주입이 완료될 때까지, 바람직하게는 용강의 주입 개시 30초 후부터 주입이 완료될 때까지의 기간을 가리킨다. 용융 슬래그란, 레이들 내에 넣어 두거나 또는 투입된 부원료가 용융하여, 액상 혹은 고상을 포함하는 액상으로 되어 있는 상태를 가리킨다. 본 개시에서는, 범용의 열역학 계산 소프트웨어 등을 이용한 계산으로, 액상 비율이 50％ 이상인 상태를 액상 슬래그라 한다.

용소부란, 주입류가 레이들 내의 용강에 진입될 때 주입류 주위의 기상을 혼입시켜 발생하는 기포의 혼입 및 상승이 발생하고 있는 부분을 가리키며, 통상은 주입류가 레이들 내의 용강과 접하는 부분의 바로 아래에 발생한다. 출강 중에 용소부가 용융 슬래그에 덮여 있으면 본 개시에 의한 저질소화의 효과가 얻어진다. 용강로로부터 출강된 용강을 레이들에 수강할 때, 수강 개시 전 또는 수강 개시와 함께 산화물로 이루어지는 부원료를, (1)식으로 나타내어진 슬래그 두께 T가 0.02m 이상(바람직하게는 0.1m 이하, 보다 바람직하게는 0.05m 이하)을 충족시키도록 구한 양 W로 레이들 내에 넣어 두거나 또는 투입하고, 용강로로부터 출강된 용강을 레이들에 수강함으로써, 수강 중에 있어서 용소부에 용융 슬래그를 존재시킬 수 있다.

본 개시에서, 레이들 내에 넣어 두거나 또는 투입하는 부원료는, 산화물로 이루어지는 부원료이다. 따라서, 탄산화물, 불화물, 탄화물 등은 포함되지 않는다. 예를 들어, 특허문헌 3에는, 레이들 내의 분위기 중 질소 농도를 저감시킬 목적으로, 탄산칼슘을 넣어 두는 발명이 개시되어 있다. 그에 반하여 본 개시에서는, 용강 표면의 용융 슬래그에 의해 용소부에서의 흡질 현상을 방지할 것을 목적으로 하므로, 탄산칼슘을 첨가하는 것은 하지 않는다. 탄산칼슘은, 분해 시에 흡열 반응을 수반하므로, 용강의 온도를 저하시킨다는 점에서도 바람직하지 않다. 또한, 형석 등의 불화물을 첨가하면 생성 슬래그의 자원화에 지장을 초래하므로, 불화물은 첨가하지 않는다. 또한, 탈인이나 탈황을 목적으로 하지 않으므로, 칼슘 카바이드 등의 탄화물을 첨가하는 것도 하지 않는다.

또한, 레이들 내에 넣어 두거나 또는 투입하는, 산화물로 이루어지는 부원료는, 미리 조성을 CaO/Al₂O₃: 0.8 내지 4.0((2)식), 5％≤SiO₂≤10％((3)식), MgO≤10％((4)식)의 범위에서 조정한 다음에 첨가하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조성 범위로 함으로써, 부원료의 용융 온도를 바람직하게 저감시킬 수 있다. MgO 함유량을 5％ 이상으로 하면 보다 바람직하다. 또한, 부원료에 포함되는 성분은 상기한 CaO, Al₂O₃, SiO₂, MgO 외에, MnO, FeO와 같은 산화물 성분이 각각 5％ 미만으로 포함되어 있어도 허용된다. 또한, 휘발분이나 불순물이 포함되는 것도 허용된다. 즉, 상기 (5)식을 충족시키는 것이면 바람직하다.

레이들 내에 넣어 둔 부원료는, 레이들과 함께 예열되어 있는 것이 바람직하며, 800℃ 이상으로 예열되어 있으면 적절하다. 부원료의 예열 온도는, 방사 온도계에 의해 레이들 내에 넣어 둔 부원료의 표면 온도를 계측함으로써 평가할 수 있다.

상기와 같이 본 개시에 따른 강의 제조 방법을 사용함으로써 출강 시에 질소 농도의 상승을 억제할 수 있으므로, 저질소 강을 경제적이면서도 안정적으로 제조할 수 있다. 또한, 본 개시에 따른 강의 제조 방법에 의하면, 출강 시의 질소 농도의 상승을 효과적으로 억제할 수 있지만, 제조하는 강 중의 질소 농도는 한정되지 않는다.

이와 같은 본 개시에 따른 강의 제조 방법은, 탄소강에 매우 유효하지만, 탄소강 이외의 스테인리스강, 합금강의 제조에도 유효하다.

실시예

이하에 나타내는 용강의 실시예 및 비교예의 조건에서, 출강 시의 흡질 거동 평가 시험을 행하고, 흡질 억제 효과를 확인하였다.

용광로로부터 반송된 용선(탄소 함유량 4.5％ 상당)을 전로에 장입하고, 산소 취련을 행하였다. 전로 취련 후의 성분은, [C]=0.06 내지 0.14％, [Si]=0.01 내지 0.05％, [Mn]=0.1 내지 0.4％, [P]=0.01 내지 0.03％, [N]=9 내지 12ppm, 잔부가 Fe 및 불순물이다. 처리량은 300ton 규모, 레이들 직경(내경)은 3.9m이며, 출강 시간은 약 5분이다. 출강 전, 레이들을 예열하는 전단계, 혹은 레이들 예열 후에, 레이들 저부에 성분 조정한 소정량의 부원료를 넣어 두고, 레이들을 전로 바로 아래까지 반송한 후, 용강을 수강하였다. 또는, 용강의 수강과 함께 부원료를 레이들에 투입하였다. 출강 시, 출강을 개시하고 나서 2분 후에 출강류에 혼입시키는 형태로 Al을 포함하는 합금을 투입하였다. 또한, 출강 개시부터 3 내지 4분 후에 레이들 내에 부원료(산화물)를 추가 투입함으로써, 표 2에 나타내는 「최종 슬래그 두께 t」로 하였다.

흡질 억제 효과를 확인하기 위해서, 출강 전의 전로 내, 출강 후의 레이들 내의 용강 샘플을 채취하고, 출강 전후의 질소 농도 변화량 Δ[N](ppm)을 흡질량으로서 평가하였다. 시험 조건을 표 2에 나타낸다. 표 2의 「흡질 억제 효과」란에 있어서, Δ[N]이 17ppm 초과 20ppm 이하인 경우, 흡질 억제 효과가 있었다고 하여 「C」로 하고, Δ[N]이 15ppm 초과 17ppm 이하인 경우, 우수한 흡질 억제 효과가 있었다고 판단하여 「B」로 하였다. 또한, Δ[N]이 15ppm 이하인 경우, 현저한 흡질 억제 효과가 있었다고 판단하여 「A」로 하였다. Δ[N]이 20ppm 초과에 대해서는, 흡질 억제 효과가 보이지 않은 것으로 하여 「D」로 하였다.

시험 No.1은 레이들 내에 부원료를 넣어 두지 않는 조건, 시험 No.2 및 No.3은 레이들 내에 부원료를 넣어 두지만, 슬래그 두께가 본 개시가 범위로부터 벗어나 있는 조건에서, 모두 비교예이다. 넣어 두는 부원료가 부족한 시험 No.2 및 시험 No.3의 Δ[N]은 23 내지 24ppm이며, 흡질 억제 효과는 보이지 않았다.

시험 No.4 내지 시험 No.17까지는 본 개시의 요건을 충족시킨 실시예이며, Δ[N]은 20ppm 이하로 되어, 흡질 억제 효과가 보였다.

시험 No.10 내지 시험 No.13까지는 레이들 내에 넣어 두는 부원료의 조성을 적절한 범위로 조정한 조건이며, Δ[N]은 17ppm 이하로 되어, 우수한 흡질 억제 효과가 있었다고 판단하였다.

시험 No.3, 5, 9 및 시험 No.14 내지 시험 No.16까지는, 넣어 둔 부원료의 예열 온도를 변화시킨 조건이다. 시험 No.5와 시험 No.7을 비교하면, 부원료의 예열 온도가 높은 시험 No.5의 쪽이 흡질 억제 효과가 크고, 부원료 예열 온도를 높게 함으로써, 우수한 흡질 억제 효과가 얻어진다는 사실을 알 수 있다. 이것은, 시험 No.11과 시험 No.14를 비교해도 명확하며, 시험 No.14는 부원료 조성을 본 개시의 바람직한 범위로 제어할 뿐만 아니라, 부원료 예열 온도를 800℃ 이상으로 함으로써 현저한 흡질 억제 효과가 얻어지고 있다. 시험 No.15, 16도 마찬가지이다.

시험 No.18은, 레이들 내에 수강과 함께 부원료를 투입한 실시예이다. Δ[N]은 20ppm이며, 비교예보다도 낮아 흡질 억제 효과가 보였다.

용철의 출강 시의 흡질을 효과적으로 억제할 수 있기 때문에, 저질소 강의 제조 방법에 있어서 유익하다.

2018년 6월 28일에 출원된 일본 특허 출원 제2018-122844호의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원, 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원, 및 기술 규격이 구체적이면서 또한 개별로 기재된 경우와 동일 정도로, 본 명세서 중에 참조로서 포함된다.

Claims

용강로로부터 출강된 용강을 레이들에 수강하는 공정과,
상기 레이들에 수강한 상기 용강을 상기 레이들로부터 배출하여 주조하는 공정을 포함하고,
상기 용강로로부터 출강된 상기 용강을 상기 레이들에 수강할 때, 하기 (1)식에 의해 산출되는 슬래그 두께 T가 0.02m 이상을 충족시키는 양 W의 산화물로 이루어지는 부원료를, 상기 용강의 수강 개시 전에 상기 레이들 내의 저부에 넣어 두거나 또는 수강 개시와 함께 상기 레이들 내에 투입하고, 상기 용강로로부터 출강된 상기 용강을 상기 레이들에 수강하는, 강의 제조 방법.
T= (W/ρ)/((π·D²)/4) (1)
T: 슬래그 두께(m)
D: 레이들 직경(m)
ρ: 용융 산화물 밀도(=3000㎏/㎥)
W: 부원료의 양(㎏)
제1항에 있어서,
상기 부원료의 조성이,
CaO/Al₂O₃: 0.8 내지 4.0 (2)
5％≤SiO₂≤10％ (3)
MgO≤10％ (4)
CaO+Al₂O₃+SiO₂+MgO≥90％ (5)
를 충족시키고 있는, 강의 제조 방법.
단, (2) 내지 (5)식 중의 분자 기호는 당해 분자의 함유량(질량％)을 의미한다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 부원료의 양 W가, 상기 (1)식에 의해 산출되는 상기 슬래그 두께 T가 0.1m 이하를 충족시키는 양인, 강의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용강의 수강 개시 전에, 상기 양 W의 상기 부원료를 상기 레이들 내의 저부에 넣어 두는, 강의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 레이들 내에 넣어 둔 상기 부원료를 예열하고, 상기 부원료의 온도가 800℃ 이상의 상태에서 상기 용강을 상기 레이들에 수강하는, 강의 제조 방법.